復(fù)合材料的耐腐蝕性主要是指在以下幾種環(huán)境中的性能表現(xiàn)：一是在高濕度環(huán)境中的表現(xiàn)，如受到淡水或海水這類液體的浸泡;二是在化學(xué)介質(zhì)，如酸、堿、鹽、有機(jī)化學(xué)試劑這類環(huán)境中的表現(xiàn);三是處于高溫有氧環(huán)境下的表現(xiàn)。那海洋領(lǐng)域中就是長(zhǎng)期在海水液體中浸泡接觸下的材料性能表現(xiàn)。
海水腐蝕的原因
在海水接觸應(yīng)用中的纖維復(fù)合材料中，被腐蝕的原因主要是海水內(nèi)的水份及其它介質(zhì)會(huì)通過界面縫隙滲進(jìn)復(fù)合材料內(nèi)與之發(fā)生一系列物理和化學(xué)作用，一方面使機(jī)體樹脂發(fā)生溶脹，導(dǎo)致大分子結(jié)構(gòu)間距增大;另一方面，水及其它液體介質(zhì)滲入界面相的微裂紋內(nèi)會(huì)使其擴(kuò)展，從而在纖維與基體的界面上產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，減弱纖維與基體間的粘結(jié)力，導(dǎo)致復(fù)合材料的強(qiáng)度和耐腐蝕性能下降。
而且，酸、堿、鹽這類有機(jī)溶劑對(duì)復(fù)合材料的影響更快也更加明顯，當(dāng)化學(xué)介質(zhì)向碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部進(jìn)行滲透、擴(kuò)散時(shí)，會(huì)發(fā)生溶降解及氧化等一系列的化學(xué)反應(yīng)。這些化學(xué)反應(yīng)不僅會(huì)對(duì)復(fù)合材料的性能有負(fù)面影響，還會(huì)引發(fā)表面的一系列變化，比如失去光澤、變色、起泡、裂紋、纖維裸露等。
在進(jìn)行樹脂改進(jìn)后，采用熱塑性樹脂就更好的提升了整體的耐腐蝕性，耐海水腐蝕。
連續(xù)碳纖維熱塑性復(fù)合材料的耐腐蝕性剖析
連續(xù)碳纖維熱塑性復(fù)合材料在很大程度上提升了耐海水腐蝕的性能優(yōu)勢(shì)，我們從增強(qiáng)體碳纖維與基體聚醚醚酮復(fù)合材料來看。
(碳纖維分子結(jié)構(gòu))
碳纖維絲束本身就具有非常好的耐海水腐蝕性。我們采用的聚丙烯腈纖維T700 12K內(nèi)部的碳元素純度高，內(nèi)部雜質(zhì)少，在跟海水接觸中，不容易被滲透。此外碳纖維內(nèi)部呈現(xiàn)出結(jié)晶結(jié)構(gòu)，內(nèi)部碳元素以高度有序的晶格結(jié)構(gòu)排列，形成了覆蓋表面的層狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)晶結(jié)構(gòu)增加了碳纖維表面的致密性和均勻性，也降低了海水中腐蝕介質(zhì)滲透的可能性。并且采用的是長(zhǎng)纖連續(xù)碳纖維，纖維上的孔洞裂紋都少，這也使得碳纖維本身就不容易受到外界環(huán)境的侵蝕。
(聚醚醚酮分子結(jié)構(gòu))
聚醚醚酮(PEEK)是一種高性能工程塑料，它的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在各種惡劣條件下都有著優(yōu)異的性能，包括對(duì)海水腐蝕的抗性較強(qiáng)。PEEK在海水中具有良好的抗腐蝕性能，可以長(zhǎng)期使用而不易出現(xiàn)裂紋、龜裂和降解等問題�？此鼉�(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)就能明白。
聚醚醚酮(PEEK)的分子中包含著醚和酮的鍵合結(jié)構(gòu)，這種鍵合結(jié)構(gòu)賦予了PEEK優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性。PEEK分子內(nèi)部的醚鍵和酮鍵都具有較高的鍵能，使得PEEK在大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)中都不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這種化學(xué)穩(wěn)定性使得PEEK能夠很好地抵抗各種腐蝕介質(zhì)的侵蝕，包括海水中的鹽類和無機(jī)物質(zhì)。
包括PEEK分子中的苯環(huán)結(jié)構(gòu)也為其耐腐蝕性提供了一定的保護(hù)作用。苯環(huán)結(jié)構(gòu)具有很高的穩(wěn)定性和惰性，可以降低PEEK與各種化學(xué)物質(zhì)之間的反應(yīng)性，從而提高其耐腐蝕性能。
另外PEEK的分子高結(jié)晶度和高結(jié)晶溫度也對(duì)其耐腐蝕性起到了一定的促進(jìn)作用。高結(jié)晶度使得PEEK材料具有較高的密實(shí)度和抗?jié)B透性，使得腐蝕介質(zhì)難以滲入材料內(nèi)部，從而減緩了腐蝕的發(fā)展。高結(jié)晶溫度則使得PEEK在高溫環(huán)境下也能保持較好的耐腐蝕性能。
那兩者材料復(fù)合后的連續(xù)碳纖維熱塑性聚醚醚酮復(fù)合材料也同樣具有耐海水腐蝕、耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿的性能，這樣的材料制作的產(chǎn)品在海洋環(huán)境使用環(huán)境工況下，吸水率較慢，腐蝕介質(zhì)并不會(huì)進(jìn)入材料內(nèi)部，再通過表面涂覆防水涂層，在海洋領(lǐng)域應(yīng)用中就大放異彩。
除此之外，連續(xù)碳纖維熱塑性聚醚醚酮復(fù)合材料在海洋領(lǐng)域應(yīng)用中，還能防止海洋生物污損。在一定程度上降低了藤壺、管蟲、苔蘚蟲、貽貝和藻類帶來的污損影響，節(jié)省了人力物力。相較于傳統(tǒng)金屬以及傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料帶來了更多可能性。
